Les ondes gravitationnelles : de la théorie à la réalité

LISA Pathfinder avait été lancé le 3 décembre 2015. Sa mission scientifique avait commencé en mars 2016 pour une durée de 16 mois et est donc arrivée à son terme en juin dernier.

Le lancement de LISA Pathfinder a eu lieu peu de temps après la première observation d’ondes gravitationnelles par un institut américain.

L’existence de ces « ondulations » dans l’espace-temps avait été prévue il y a un siècle par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. Leur observation effective est considérée comme l’une des découvertes scientifiques les plus importantes de ces dernières années.

LISA Pathfinder a servi de préparation pour le projet LISA (Laser Interferometer Space Antenna) dont l’objectif est de partir à la recherche de ces ondes gravitationnelles. Cette mission sera composée de trois sondes spatiales qui seront lancées en 2034. Les sondes voleront en formation triangulaire, chacune d’entre elles se trouvant à 2,5 millions de kilomètres des deux autres.

Si la mission de LISA Pathfinder est arrivée à son terme le 18 juillet, les directeurs de vol ont encore profité de ses derniers jours pour réaliser une série de tests technologiques. Ces tests doivent notamment permettre aux concepteurs des instruments embarqués d’obtenir un retour d’information sur les opérations, que ces dernières soient ou non de nature routinière.

« Les détecteurs des ondes gravitationnelles mesurent la distance changeante entre deux cubes en chute libre. Des modifications de l’orientation et les mouvements de la sonde peuvent perturber ces mesures et nous voulons mieux en comprendre les tenants et aboutissants en vue de nos futures missions », commente le directeur de vol Ian Harrison.

Les directeurs de vol au centre de contrôle de l’ESA à Darmstadt en Allemagne ont profité des derniers jours de LISA Pathfinder pour réaliser quotidiennement toute une série de tests. Il fallait en effet attendre la fin nominale de la mission scientifique le 30 juin car ces tests nécessitaient  précisément un environnement stable et « calme ».

Cuire, secouer et retourner 

Les ingénieurs ont dès lors soumis en juillet LISA Pathfinder à une batterie de tests éprouvants en faisant véritablement « cuire, secouer et retourner » la sonde spatiale. Ils ont notamment étudié l’influence du rayonnement solaire sur le système de propulsion – suite à des tests déjà réalisés sur terre – ainsi que les conséquences des interférences magnétiques. Ils ont également observé l’impact des conditions très contraignantes – typiques de l’environnement spatial – sur l’équipement de la sonde.

Les sociétés européennes qui construisent des équipements spatiaux peuvent désormais tenir compte des résultats de ces tests lors de la conception de futurs instruments. Ceci doit permettre de réduire au minimum les influences non désirées sur les résultats scientifiques.

Avec la perspective de la fin définitive de sa mission en ligne de mire, LISA Pathfinder a manœuvré fin avril pour atteindre une orbite de rebut sûre autour du soleil, de sorte que la probabilité d’une collision avec la Terre ou la Lune dans les 100 prochaines années soit très faible. Cette manœuvre est conforme avec les règles de l’ESA visant à limiter les débris dans l’espace.

« Avant LISA Pathfinder, les ondes gravitationnelles relevaient uniquement de la théorie, et l’avenir de cette théorie était masqué par un mur sombre et épais », explique Paolo Ferri, responsable des opérations de vol à l’ESA.

« Mais LISA Pathfinder a creusé un trou dans ce mur. Beaucoup de chemin reste encore à parcourir avant de pouvoir observer les ondes gravitationnelles à l’aide de notre future mission ».

« Mais nous savons maintenant que cela est possible et nous pouvons commencer à construire le chemin pour y parvenir ».

België betrokken

La mission LISA Pathfinder a concerné des entreprises établies en Belgique. Spacebel a été choisie en 2005 pour développer le logiciel de traitement de données qui est lui-même un composant du logiciel de bord.

La société n’en était pas à son coup d’essai. Spacebel a dans le passé développé des logiciels pour les satellites « made in Belgium » Proba 1 et Proba 2, ainsi que pour la première sonde lunaire SMART 1. L’entreprise d’ingénierie logicielle se trouve à Angleur, au sein du Spatiopôle liégeois. Elle dispose également d’une succursale à Hoeilaart. Thales Alenia Space Belgium, à Mont-sur-Marchienne (Charleroi), s’est vue confier la responsabilité du sous-système en charge du conditionnement de puissance de LISA Pathfinder.

Au plan scientifique, le Gravitational Wave Centre de la KU Leuven appartient à un consortium scientifique chargé de la préparation de la future mission LISA. Il s’agit d’une initiative commune de l’Instituut voor Sterrenkunde(Institut d’astronomie) et de l’Instituut voor Theoretische Fysica (Institut de physique théorique) de la KU Leuven. C’est aussi une plateforme pour la participation belge à LISA avec d’autres observatoires. Le centre travaille pour ce faire également avec des scientifiques de l’ULB, de l’UCL et de la VUB. Les recherches portent notamment sur la cosmologie de l’univers primitif, les trous noirs et leur environnement, ainsi que l’évolution des étoiles doubles les plus massives.

Vidéo